加熱爐總結(jié)教材

加熱爐分類結(jié)構(gòu)技術(shù)特性電熱體材料操作及調(diào)控?zé)犭娕级x：將電流通過金屬或非金屬電熱元件，使其發(fā)出熱量，借助輻射或?qū)α髯饔眉訜嵩臒崽幚頎t。分類：高溫爐（﹥1000℃）（1）按工作溫度中溫爐（1000-650℃）低溫爐（﹤650℃）（2）按爐膛介質(zhì)空氣介質(zhì)爐

控制氣氛爐

液體介質(zhì)爐（浴爐）（3）按爐膛形狀：箱式、井式、罩式、直通式（4）按專業(yè)程度：通用和專用（5）按用途：退火、正火、淬火、回火、滲碳等（6）按作業(yè)規(guī)程：周期、連續(xù)、半連續(xù)箱式爐井式爐臺車式電阻爐電阻爐的基本結(jié)構(gòu)電熱元件爐體爐襯爐門、爐底、爐頂、爐墻形成加熱空間，起放置工件和保持加熱溫度場的作用。爐子的發(fā)熱體，使電能轉(zhuǎn)化為熱能，加熱工件。機(jī)械傳動系統(tǒng)，爐子操作參數(shù)測量及控制系統(tǒng)，可控氣氛供應(yīng)和控制系統(tǒng)或真空系統(tǒng)等等。輔助裝置主要的技術(shù)特性⑴電爐有效功率

電爐消耗電能=有效功率+損失功率電阻爐消耗電能轉(zhuǎn)換來的熱能，一部分用于對爐內(nèi)工件的加熱形成了電爐有效功率；另一部分則形成了電爐損失功率。⑵加熱能力

指電爐的有效功率，從理論計算上在一個小時內(nèi)能把指定的材料加熱到額定溫度的最大重量數(shù)，以kg／h計算。⑶升溫速度

升溫速度快，升溫時間短，生產(chǎn)率高，單位制品的電耗量降低。爐襯材料影響電爐的升溫速度。一、對電熱體材料的要求（1）良好的高溫力學(xué)性能和化學(xué)穩(wěn)定性。（2）高的電阻率。（3）較小的電阻溫度系數(shù)。（4）低的熱脹系數(shù)。（5）良好的機(jī)械加工性能。電熱體材料及其性能二、電熱體材料性能（一）金屬材料（1）鎳鉻合金

鎳鉻合金分二元合金和三元合金兩種，二元合金基本是鎳和鉻，含鐵量只有0.5~3%三元合金是鎳鉻鐵合金。經(jīng)常使用的鎳鉻合金有Cr15Ni60、0Cr23Ni13等。（2）鐵鉻鋁合金鐵鉻鋁合金的熔點比鎳鉻合金高，在空氣中加熱后表面形成一層Al2O3保護(hù)膜，其熔點比合金基體高。此種合金電阻率大，電阻溫度系數(shù)小，價格低廉，但質(zhì)脆，加工性能較差，彎曲時需要預(yù)熱；高溫時強(qiáng)度低，元件易于變形倒塌；加熱后合金晶粒脹大，脆性增加，經(jīng)不起沖擊和彎曲；維修時比較困難。（3）鉬（Mo）（熔點：2630℃）

a.高溫狀態(tài)下：強(qiáng)度高，但脆性大，所以加工性能差，常用直徑2mm，常制成絲狀、帶狀或棒狀b.在高溫下，與任何耐火材料都能反應(yīng)，所以耐火材料必須選擇純度較高的。鉬的再結(jié)晶溫度1007℃，超過此溫度，強(qiáng)度會變低，脆性增加；

c.常用溫度：1600℃；在1800℃時，鉬會強(qiáng)烈揮發(fā)，晶粒粗大，脆性增加d.蒸汽壓較大，在空氣中不能用，在滲碳?xì)夥罩?，會使鉬變脆（4）鎢（W）（熔點：3410℃）

a.最高使用溫度：2500℃

b.常用溫度：2200—2400℃

c.在保護(hù)氣氛中號稱可用到：3000℃

d.在2400℃，真空狀態(tài)中會強(qiáng)烈揮發(fā)

e.在氬氣中可用到2600℃

f.鎢絲加工性能差，加工時溫度要小于600℃（5）鉭（熔點：2900℃）

a.一般用在真空和保護(hù)氣氛中（氮氣中不能用）；

b.最高使用溫度：2200℃；

c.常用溫度：2000—2100℃；

d.不能在氮氣和氫氣中使用；

e.在空氣中400℃開始氧化，600℃強(qiáng)烈氧化；

f.加工性能好，用真空電子束焊接。(1)硅碳棒（SiC-94.4%，SiO2-3.6%，其余Al、Fe、CaO）

空氣中使用溫度：600℃～1500℃

A．物理性能

硬度高，脆性大，耐急冷急熱。高溫變形小B．化學(xué)性能

具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，酸對其無作用，但堿和堿土金屬氧化物在一定溫度條件下對其有侵蝕作用。高溫下，水蒸氣、氫氣、鹵素、硫等對其也有氧化和侵蝕作用。氣氛影響其使用性能（二）非金屬材料氣氛影響：

A．有水蒸氣會有影響

B．在氫氣中使用，溫度應(yīng)小于1200℃

C．在氨氣中使用，500—600℃時，NH3中分解出的元素會與之反應(yīng)；當(dāng)1350℃時會產(chǎn)生SiN，影響壽命

D．在氮氣，氫氣混合氣中使用時，溫度應(yīng)小于1250℃

F．在硫磺蒸汽中，當(dāng)1200℃時會產(chǎn)生SO2,SO3會腐蝕SiC，故應(yīng)小于1200℃

G．在CO中，會產(chǎn)生游離碳，與碳化硅反應(yīng)，使電流增大，燒壞變壓器硅碳棒（SiC）的性能1.該元件質(zhì)地硬而脆,膨脹系數(shù)小、能耐急冷急熱,不易變形,有良好的化學(xué)穩(wěn)定性,抗酸能力極強(qiáng),與強(qiáng)酸不反應(yīng),抗堿能力較差,在高溫下能腐蝕分解棒體。氯氣能使元件分解，氫氮氣有不同程度的侵蝕作用。如果在空氣和水蒸氣中長期使用，元件會緩慢老化，二氧化硅含量增多,電阻值增長,發(fā)生如下反應(yīng):SiC+2O2=SiO2+CO2

SiC+4H2O=SiO2+4H2+CO2

致使元件中SiO2含量逐漸增多，電阻隨之緩慢增加，為之老化。如水蒸氣過多，會促進(jìn)SiC氧化，由②式反應(yīng)產(chǎn)生的H2與空氣中的O2結(jié)合H2O再反應(yīng)產(chǎn)生惡性循環(huán)。降低元件壽命。氫氣能使元件機(jī)械強(qiáng)度降低。氮氣在1200℃以下能防止SiC氧化。氯氣1350℃以上與SiC發(fā)生反應(yīng)，使SiC分解2.硅碳棒的電阻值，隨著元件溫度的變化而變化，因為元件是一種非線性型電阻體。從室溫至850±50℃電阻由大變小,850±50℃以上又由小變大。也就是說:元件的電阻溫度系數(shù)有負(fù)值階段也有正值階段。在棒的一端所標(biāo)電阻是按部頒標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定在1050±50℃時測定的,便于安裝時搭配。3.老化：在高溫下，空氣中的O2、CO2、H2O使其氧化，生成SiO2薄膜，使其電阻增大，當(dāng)硅碳棒冷卻時，這層薄膜脫落而暴露出新的SiC表面，繼續(xù)加熱時，又繼續(xù)被氧化，這樣經(jīng)過多次加熱，硅碳棒的電阻越來越大，以致最終不能使用(2)硅鉬棒（MoSi2）

1．物理性能

室溫時，強(qiáng)度高，脆性大，到1350℃時，開始軟化。耐熱沖擊性好2．化學(xué)性能

400～800℃時會產(chǎn)生低溫氧化。高溫下耐氧化，耐高溫（1200～1650℃）3.氣氛

適用于空氣、氮氣、惰性氣體中，但不適用于還原性氣氛中，1350℃時，應(yīng)盡量避開含硫和氯氣氛。在弱氧化氣氛中，壽命最長。所配耐火材料為酸性或中性材料(三）碳系電熱元件（石墨管、石墨棒、石墨布）

1．一般使用于真空油淬爐（1400℃）、氣淬爐（1350℃）、碳管爐中

2．石墨（熔點：3600℃）常用1400—2500℃

3．耐高溫，加工性能好，價格低；使用壽命主要決定于其氧化、揮發(fā)的速度

4．在保護(hù)氣氛中（氫氣、氮氣、二氧化碳、氬氣），最高溫度可達(dá)3000℃

5．石墨的導(dǎo)電性能：隨著溫度升高而降低

6．耐溫度急變性好KSL系列箱式高溫爐操作及調(diào)控真空管式高溫爐1)保持參數(shù)M5：定義為輸出變化為5％時，控制對象基本穩(wěn)定后測量值的差值。它主要決定調(diào)節(jié)算法中積分作用，和PID調(diào)節(jié)的積分時間類同。M5越小，系統(tǒng)積分效果越強(qiáng)。M5越大，積分效果越弱（積分時間增加）。設(shè)置M5=0時，系統(tǒng)取消積分作用及人工智能調(diào)節(jié)功能。調(diào)節(jié)部分成為一個比例微分（PD）調(diào)節(jié)器。2)速率參數(shù)P：類似PID調(diào)節(jié)器的比例帶，但變化相反。P值越大，比例﹑微分作用成正比增強(qiáng)，而P值越小，比例﹑微分作用相應(yīng)減弱。P參數(shù)與積分作用無關(guān)。智能調(diào)節(jié)儀性能參數(shù)的說明3)滯后時間t：定義為假定沒有散熱，當(dāng)其升溫速率達(dá)到最大值63.5％時所需的時間。t參數(shù)對控制的比例﹑積分﹑微分均起影響作用，t越小則比例﹑積分作用均成正比增強(qiáng)，而微分作用相應(yīng)減弱，但整體反饋作用增強(qiáng)；反之，t越大則比例﹑積分作用相應(yīng)減弱，而微分作用相應(yīng)增強(qiáng)，其設(shè)置對控制效果影響很大。如果t≤1系統(tǒng)的微分作用被取消。4)控制方式CtrL：(請不要把該參數(shù)設(shè)置為別的數(shù)值，可能會導(dǎo)致該系統(tǒng)無法工作)CtrL=2啟動自整定參數(shù)功能，自整定結(jié)束后會自動設(shè)置為3。CtrL=3采用先進(jìn)的AI智能調(diào)節(jié)算法，自整定結(jié)束后，儀表自動進(jìn)入該設(shè)置，該設(shè)置下不允許從面板啟動自整定功能，以防止誤操作重復(fù)啟動自整定。5)最大輸出限流OPL：設(shè)置了分段限流功能時（200℃以下）的最大輸出。6)最大輸出限流OPH：沒有設(shè)置分段限流功能時的最大輸出。7)參數(shù)鎖禁LOC：高溫爐的內(nèi)部功能參數(shù)鎖，一般無需客戶改動。（請不要把該參數(shù)設(shè)置為別的數(shù)值，可能會導(dǎo)致該系統(tǒng)無法工作真空管式高溫爐規(guī)格型號維護(hù)注意事項

1.爐體若采用硅鉬棒做加熱元件，依據(jù)硅鉬棒的物理特性，常溫下脆性很大，因此在加熱元件安裝好后不能隨意拆裝和搬動爐體。不宜在400-700℃溫度段長時間運行，否則硅鉬棒將發(fā)生低溫氧化，導(dǎo)致元件損壞2.爐體若采用硅碳棒做加熱元件時，長時間運行，阻值會逐漸增大，這種現(xiàn)象叫“老化”。爐子在運行一段時間后，由于硅碳棒的老化現(xiàn)象，會造成爐子的升溫速率及理想溫度達(dá)不到原來的數(shù)值。請適當(dāng)調(diào)節(jié)OPH值，并觀察電流表主電流在合適的大小。個別元件由于某中原因損壞需更換時，要根據(jù)當(dāng)時其它元件阻值的增長情況，選補(bǔ)阻值適宜的元件，不可隨意更換新元件。若元件損壞較多或阻值增長過大，無法達(dá)到所需爐溫時最好全部更換成新元件3.冷爐使用時，由于爐膛是冷的，須大量吸熱，所以低溫段升溫速率不易過快，各溫度段的升溫速率差別不易太大，設(shè)置升溫速率時應(yīng)充分考慮所燒結(jié)材料的物理化學(xué)性質(zhì)，以免出現(xiàn)噴料現(xiàn)象，污染爐管熱電偶直接測量溫度，并把溫度信號轉(zhuǎn)換成熱電動勢信號，通過電氣儀表（二次儀表）轉(zhuǎn)換成被測介質(zhì)的溫度。通常由熱電極、絕緣套保護(hù)管和接線盒等主要部分組成測量精度高，響應(yīng)快，范圍大(－200℃～1300℃，特殊情況下－270℃～2800℃)原理：塞貝克效應(yīng)(Seebeckeffect），兩種不同成份的材質(zhì)導(dǎo)體組成閉合回路，當(dāng)兩端存在溫度梯度時，回路中就會有電流通過，此時兩端之間就存在電動勢——熱電動勢。兩種不同成份的均質(zhì)導(dǎo)體為熱電極，溫度較高的一端(熱端)為工作端，溫度較低的一端(冷端)為自由端，自由端通常處于某個恒定的溫度下。4.在熱電偶回路中接入第三種金屬材料時，只要該材料兩個接點的溫度相同，熱電偶所產(chǎn)生的熱電電勢將保持不變，即不受第三種金屬接入回路中的影響。因此，在熱電偶測溫時，可接入測量儀表，測得熱電動勢后，即可知道被測介質(zhì)的溫度。熱電偶測量溫度時要求其冷端（測量端為熱端，通過引線與測量電路連接的端稱為冷端）的溫度保持不變，其熱電勢大小才與測量溫度呈一定的比例關(guān)系。若測量時，冷端的（環(huán)境）溫度變化，將嚴(yán)重影響測量的準(zhǔn)確性。在冷端采取一定措施補(bǔ)償由于冷端溫度變化造成的影響稱為熱電偶的冷端補(bǔ)償正常。與測量儀表連接用專用補(bǔ)償導(dǎo)線5.由于熱電偶的材料一般都比較貴重（特別是采用貴金屬時），而測溫點到儀表的距離都很遠(yuǎn)，為了節(jié)省熱電偶材料，降低成本，通常采用補(bǔ)償導(dǎo)線把熱電偶的冷端（自由端）延伸到溫度比較穩(wěn)定的控制室內(nèi)，連接到儀表端子上。必須指出，熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線的作用只起延伸熱電極，使熱電偶的冷端移動到控制室的儀表端子上，它本身并不能消除冷端溫度變化對測溫的影響，不起補(bǔ)償作用。因此，還需采用其他修正方法來補(bǔ)償冷端溫度t0≠0℃時對測溫的影響7.

標(biāo)準(zhǔn)熱電偶:國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了其熱電勢與溫度的關(guān)系、允許誤差、并有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)分度表的熱電偶，有與其配套的顯示儀表可供選用。指定S、B、E、K、R、J、T七種熱電偶分度號熱電極材料正極負(fù)極S鉑銠10純鉑R鉑銠13純鉑B鉑銠30鉑銠6K鎳鉻鎳硅T純銅銅鎳J鐵銅鎳N鎳鉻硅鎳硅E鎳鉻銅鎳8.電極材料要求：測溫范圍內(nèi)，熱電性質(zhì)穩(wěn)定；電阻溫度系數(shù)小，導(dǎo)電率高，比熱?。粶y溫中產(chǎn)生熱電勢要大，并且熱電勢與溫度之間呈線性或接近線性的單值函數(shù)關(guān)系6.熱電偶冷端補(bǔ)償計算方法：從毫伏到溫度：測量冷端溫度，換算為對應(yīng)毫伏值，與熱電偶的毫伏值相加，換算出溫度從溫度到毫伏：測量出實際溫度與冷端溫度，分別換算為毫伏值，相減后得出毫伏值，即得溫度雙鉑銠（鉑銠30-鉑銠6）熱電偶(B)1.該熱電偶在室溫下熱電動勢極?。?5℃時為-2μV，50℃時為3μV），故在測量時一般不用補(bǔ)償導(dǎo)線，可以忽略參考端溫度變化的影響。它的長期使用溫度為1600℃，短期使用溫度為1800℃。鉑銠6合金的熔點為1820℃，限制其使用溫度上限。雙鉑銠熱電偶的電動勢率較小，因此，需配備靈敏度較高的顯示儀表。2.B型熱電偶適宜在氧化性或中性氣氛中使用，也可以在真空環(huán)境下短期使用，即使在還原性氣氛下使用，其壽命也是R、S型熱電偶的10～20倍。因R及S型熱電偶在高溫下，將發(fā)生鉑銠正極向負(fù)極擴(kuò)散的現(xiàn)象，引起熱電偶劣化，為了防止上述現(xiàn)象的發(fā)生，在鉑中添加銠制成鉑銠合金，不僅可以改善耐熱性能，而且還可以提高合金對鉑的熱電動勢率。當(dāng)銠含量在20%以下時，鉑銠合金對鉑的熱電動勢急增，但超過此值，隨銠含量的增加，變化不大，且顯著硬化，加工困難。故此類合金中銠含量不能超過40%（重量比）。3.鉑銠合金比純鉑的晶粒長度傾向小，而且，隨銠含量的增多而減少，并可使熱電性能更穩(wěn)定，機(jī)械強(qiáng)度更高。因此，雙鉑銠熱電偶在1800℃的高溫測量中得到廣泛應(yīng)用。單鉑銠（鉑銠10-鉑）熱電偶(S)該種熱電偶的特點是熱電性能穩(wěn)定、抗氧化性強(qiáng)，宜在氧化性、惰性氣氛中連續(xù)使用。長期使用溫度為1400℃，超過此溫度時，即使在空氣中，純鉑絲也將因再結(jié)晶致使晶粒粗大。故長期使用溫度限定在1400℃以下，短期使用溫度為1600℃。在所有的熱電偶中，它的準(zhǔn)確度等級最高，通常用作標(biāo)準(zhǔn)或作為測量高溫的熱電偶，它的使用溫度范圍廣、均質(zhì)性及互換性好。鎳